具有限流功能的交流固态功率控制器控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种具有限流功能的交流固态功率控制器控制方法及装置，通过对主支路第一、第二功率管和限流支路第三、第四功率管进行控制，正常起动负载时在半个电源周期内实现交流固态功率控制器的“自然零电压开通、自然零电流关断，启动大容量阻容性负载或具有大容量滤波电容的整流桥负载时，首先通过限流支路进行限流充电，然后再完全开通交流固态功率控制器；交流固态功率控制器发生短路故障时，首先关断主支路进行故障限流，然后再关断交流固态功率控制器。本发明专利技术不但实现半个电源周期内交流SSPC自然过零开关，而且具有大功率限流功能，提高了交流SSPC带容性负载和整流桥负载的能力，增强了交流SSPC短路保护的抗干扰能力。

Method and device for controlling AC solid-state power controller with current limiting function

The invention discloses a AC solid state power controller control method and device for limiting function, the main branch of the first and second power tubes and tube current limiting control branch third, fourth power, normal starting load in half power cycle to achieve AC solid state power controller \natural ZVS, natural zero current turn off rectifier capacitive load or with a large capacity capacitor start large capacity resistance load, by limiting the first branch of the current limiting charging, and then fully open AC solid state power controller; AC solid state power controller when short circuit fault occurs, first off the main branch of the fault current limiting, then and then turn off the AC solid state power controller. The invention not only realizes half a cycle of AC SSPC power supply natural zero crossing switch, but also has high power limiting function, improve the ability of AC SSPC with capacitive load and rectifier load, strengthen the exchange of SSPC short circuit protection anti interference ability.

【技术实现步骤摘要】
具有限流功能的交流固态功率控制器控制方法及装置
本专利技术涉及一种交流固态功率控制器的控制方法及装置，属于电力电子与电工

技术介绍
固态功率控制器(SolidStatePowerController,简称SSPC)是以半导体功率管为核心、集继电器的开关转换功能和断路器的保护功能于一体的固态配电装置。SSPC具有无触点、无电弧、无噪声、响应快、电磁干扰小、寿命长、可靠性高、便于计算机远程控制等优点。交流SSPC用于飞机、舰船交流电源系统或者民用配电网，实现交流功率电路的接通或断开，并完成电路故障保护和隔离。交流SSPC的主功率电路一般采用两个功率MOSFET反串联。在交流SSPC控制方法方面，为了提高对负载的兼容性，降低SSPC开通容性负载或整流桥负载过程中的冲击电流、抑制SSPC关断过程中功率管两端的电压应力，通常采用“零电压开通、零电流关断”的控制策略。如在中国专利技术专利201010216988.7、CN101662275A和美国专利US7196436中均采用了上述的主电路和控制方法，其共同的不足之处是：（1）不具有故障电流限流功能，电源系统电能质量受短路故障电流的影响较大；（2）在开通大容量的容性负载或整流桥负载过程仅仅采取“零电压开通”的控制策略对冲击电流的抑制远远不够，因此带容性和整流桥负载能力较低；（3）在负载短路故障过程中采取直接关断故障电流的控制策略，功率管电压应力较高;并且抗干扰能力差，在起动大容量的容性负载或整流桥负载过程容易产生误保护。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是针对前述
技术介绍
中的不足之处，提供一种交流固态功率控制器的限流控制方法，提高交流SSPC带大容量容性负载和整流桥负载的能力，降低交流SSPC短路故障关断时的电压应力，增强交流SSPC的抗干扰能力。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的具体技术方案是：一种交流固态功率控制器的限流控制方法，交流固态功率控制器的功率主电路包含主支路和检测电阻，主支路由第一功率管和第二功率管反串联组成，其特征在于限流控制方法包括如下步骤：（1）在交流固态功率控制器的功率主电路中设置限流支路，限流支路和主支路并联，该并联结构的一端作为交流固态功率控制器的功率输入端连接外部交流电源，另一端与检测电阻串联，作为交流固态功率控制器的功率输出端连接负载至功率地；限流支路由第三功率管、第四功率管和限流电阻组成，第三功率管和第四功率管反串联后与限流电阻串联；（2）当交流固态功率控制器接收到开通命令时，首先判断此时交流电源电压处于正半周期还是负半周期：若交流电源电压处于正半周期，则立即开通第二功率管，然后等待交流电源电压由正变负以后再开通第一功率管，并立刻开通第三和第四功率管；若接收到开通命令时交流电源电压处于负半周期，则立即开通第一功率管，然后等待交流电源电压由负变正以后再开通第二功率管，并立刻开通第三和第四功率管；从而完成在半个电源电压周期内自然零电压开通交流固态功率控制器；（3）当交流固态功率控制器的负载为大容量阻容性负载或者具有较大滤波电容的整流桥负载时，则交流固态功率控制器在零电压开通过程完成后，第一、第二、第三、第四功率管均已导通，交流固态功率控制器的电流随着交流电压的增加而快速上升，当检测到交流固态功率控制器电流绝对值大于设定的限流阀值时，则立刻关断第一和第二功率管，并延时设定时间检测负载电压平均值；若此时负载电压平均值上升至设定的第三电压阀值，则检测负载电压平均值是否达到设定的第二电压阀值，若达到则重新开通第一和第二功率管；（4）当交流固态功率控制器接收到关断命令时或者由于过流故障而延时关断时，首先判断此时负载是否有电流以及负载电流处于正半周期还是负半周期：若负载无电流，则立刻关断第一、第二、第三、第四功率管；若负载电流处于正半周期，则立即关断第二、第三、第四功率管，然后等待负载电流由正变负时自然过零关断，再关断第一功率管；若负载电流处于负半周期，则立即关断第一、第三、第四功率管，然后等待负载电流由负变正时自然过零关断，再关断第二功率管；从而在半个电源周期内自然零电流关断交流固态功率控制器；（5）当交流固态功率控制器在启动或正常导通过程中发生短路故障时，则在检测到交流固态功率控制器电流绝对值大于设定的限流阀值时，立刻关断第一和第二功率管，并延时设定时间检测负载电压平均值；若此时负载电压平均值未能上升至设定的第三电压阀值，则认为发生短路故障，此时关断第三和第四功率管。本专利技术的另一目的是提供相应的具有限流功能的交流固态功率控制器，该交流固态功率控制器包括主功率电路、电源电压检测电路、电压正负半周判断电路、负载电流检测电路、电流正负半周判断电路、有效值转换电路、过流保护电路、过零开关和状态锁存电路、短路判断电路、功率管状态比较判断电路、负载状态比较判断电路、隔离电路和隔离电源模块，其特征在于：主功率电路包括主支路、限流支路和检测电阻；主支路由第一功率管和第二功率管反串联组成；限流支路由第三功率管、第四功率管和限流电阻组成，第三功率管和第四功率管反串联后与限流电阻串联；主支路和限流支路并联，该并联结构的一端作为交流固态功率控制器的功率输入端连接外部交流电源；另一端与检测电阻串联，作为交流固态功率控制器的功率输出端连接负载至功率地；交流固态功率控制器还包括：负载电压平均值检测电路，包括负载电压检测电路、第三绝对值转换电路、平均值转换电路；负载电压检测电路检测功率输出端和功率地之间的电压，负载电压检测电路的输出连于第三绝对值转换电路，第三绝对值转换电路的输出连于平均值转换电路，平均值转换电路的输出分别连于短路判断电路和解除限流态判断电路；进入限流态判断电路，包括第一绝对值转换电路、第九比较器、第一D触发器、第四与非门；负载电流检测电路的输出连于第一绝对值转换电路，第一绝对值转换电路的输出连于第九比较器的正极性输入端，第九比较器的负极性输入端连于第一电压阀值，第九比较器的输出连于第一D触发器的上升沿触发端，第一D触发器的D端接低电平，第四与非门的一个输入端连于隔离电路的输出，第四与非门的另一个输入端连于解除限流态判断电路的输出，第四与非门的输出连于第一D触发器的置位端；解除限流态判断电路，包括功率输入输出电压差动检测电路、第二绝对值转换电路、第十比较器、第十一比较器、第一三输入或门；功率输入输出电压差动检测电路检测交流固态功率控制器的功率输入和功率输出的电压差，其输出连于第二绝对值转换电路，第二绝对值转换电路的输出连于第十比较器的正极性端，第十比较器的负极性端连于控制电路参考地，第十比较器的输出连于第一三输入或门的输入，进入限流态判断电路输出信号也连于第一三输入或门的输入，平均值转换电路的输出连于第十一比较器的负极性端，第十一比较器的正极性端连于第二电压阀值，第十一比较器的输出连于第一三输入或门的输入，第一三输入或门的输出连于第四与非门的输入；驱动信号生成电路，包括第一与门，第二与门、第三与门和第一驱动隔离电路，第二驱动隔离电路和第三驱动隔离电路；进入限流态判断电路的输出和过零开关和状态锁存电路输出的第一功率管过零开关信号输入至第一与门，第一与门的输出连于第一驱动隔离电路，第一驱动隔离电路输出连于第一功率管栅极；进入限流态判断电路输出和过零开关本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有限流功能的交流固态功率控制器，包括主功率电路、电源电压检测电路、电压正负半周判断电路、负载电流检测电路、电流正负半周判断电路、有效值转换电路、过流保护电路、过零开关和状态锁存电路、短路判断电路、功率管状态比较判断电路、负载状态比较判断电路、隔离电路和隔离电源模块，其特征在于：主功率电路包括主支路、限流支路和检测电阻；主支路由第一功率管（Q1）和第二功率管（Q2）反串联组成；限流支路由第三功率管（Q3）、第四功率管（Q4）和限流电阻（R

【技术特征摘要】
1.一种具有限流功能的交流固态功率控制器，包括主功率电路、电源电压检测电路、电压正负半周判断电路、负载电流检测电路、电流正负半周判断电路、有效值转换电路、过流保护电路、过零开关和状态锁存电路、短路判断电路、功率管状态比较判断电路、负载状态比较判断电路、隔离电路和隔离电源模块，其特征在于：主功率电路包括主支路、限流支路和检测电阻；主支路由第一功率管（Q1）和第二功率管（Q2）反串联组成；限流支路由第三功率管（Q3）、第四功率管（Q4）和限流电阻（RLIMIT）组成，第三功率管（Q3）和第四功率管（Q4）反串联后与限流电阻（RLIMIT）串联；主支路和限流支路并联，该并联结构的一端作为交流固态功率控制器的功率输入端连接外部交流电源；另一端与检测电阻串联，作为交流固态功率控制器的功率输出端连接负载至功率地；交流固态功率控制器还包括：负载电压平均值检测电路，包括负载电压检测电路、第三绝对值转换电路、平均值转换电路；负载电压检测电路检测功率输出端和功率地之间的电压，负载电压检测电路的输出连于第三绝对值转换电路，第三绝对值转换电路的输出连于平均值转换电路，平均值转换电路的输出分别连于短路判断电路和解除限流态判断电路；进入限流态判断电路，包括第一绝对值转换电路、第九比较器（Comp9）、第一D触发器（U16）、第四与非门（U17）；负载电流检测电路的输出连于第一绝对值转换电路，第一绝对值转换电路的输出连于第九比较器（Comp9）的正极性输入端，第九比较器（Comp9）的负极性输入端连于第一电压阀值（Uth1），第九比较器（Comp9）的输出连于第一D触发器（U16）的上升沿触发端（CLK），第一D触发器（U16）的D端接低电平，第四与非门（U17）的一个输入端连于隔离电路的输出，第四与非门（U17）的另一个输入端连于解除限流态判断电路的输出，第四与非门（U17）的输出连于第一D触发器的置位端；解除限流态判断电路，包括功率输入输出电压差动检测电路、第二绝对值转换电路、第十比较器（Comp10）、第十一比较器（Comp11）、第一三输入或门（U18）；功率输入输出电压差动检测电路检测交流固态功率控制器的功率输入和功率输出的电压差，其输出连于第二绝对值转换电路，第二绝对值转换电路的输出连于第十比较器（Comp10）的正极性端，第十比较器（...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，阮立刚，叶家瑜，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32